[发明专利]一种可快速锁定的电荷泵锁相环电路

权利要求书

1.一种可快速锁定的电荷泵锁相环电路，其特征在于，该电荷泵锁相环电路包括晶体振荡器、鉴频鉴相器、数字辅助鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器，鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器依次连接形成环路，晶体振荡器与数字辅助鉴相器均连接于鉴频鉴相器，数字辅助鉴相器、电荷泵和环路滤波器电路构成锁相环快速锁定电路，其中：

晶体振荡器产生输入参考信号并输出给鉴频鉴相器，鉴频鉴相器比较该输入参考信号与分频器的反馈信号之间的相位差，输出相位差的电压值给电荷泵；电荷泵将该相位差的电压值转化为电流量，输出给环路滤波器；环路滤波器滤除该电流量的高频分量，产生直流控制电压，该直流控制电压调节压控振荡器输出信号的频率；压控振荡器的输出信号作为该电荷泵锁相环的输出信号；电荷泵锁相环的输出信号进一步经分频器分频后反馈回鉴频鉴相器的输入端。

2.根据权利要求1所述的可快速锁定的电荷泵锁相环电路，其特征在于，所述连接于鉴频鉴相器的数字辅助鉴相器用于控制电荷泵充放电电流的大小，如果鉴频鉴相器输出的相位差的电压值大于数字辅助鉴相器中预设的延迟时间时，则增加电荷泵的充放电电流，从而增加环路带宽，减少环路滤波器的电阻值，实现快速锁定，环路稳定性不变；当环路接近锁定时，减小电荷泵充放电电流大小，调整带宽到预设的优化值，保证系统性能的最优化。

3.根据权利要求2所述的可快速锁定的电荷泵锁相环电路，其特征在于，所述鉴频鉴相器输出的相位差的电压值大于数字辅助鉴相器中预设的延迟时间时，电荷泵充放电电流增加为原来的四倍，环路滤波器的电阻减小为原来的一半，在锁定时间减少为原来的一半，同时环路相位裕度不变，环路稳定性不变。

4.根据权利要求2所述的可快速锁定的电荷泵锁相环电路，其特征在于，所述数字辅助鉴相器调节电荷泵充放电电流大小和环路滤波器的电阻大小，鉴频鉴相器的输出信号UPB和DN经过一个或门和一个延时电路后产生信号Di，数字辅助鉴相器中延迟时间τ₂为被检测到的相位误差的临界值，通过比较τ₂和相位误差的大小，确定是否打开控制开关控制电荷泵充放电电流和环路滤波器电阻的大小来完成快速锁定。

5.根据权利要求1所述的可快速锁定的电荷泵锁相环电路，其特征在于，所述鉴频鉴相器的复位电路上加入延时τ₁消除鉴相死区。

6.根据权利要求5所述的可快速锁定的电荷泵锁相环电路，其特征在于，所述τ₁为6ns。

7.根据权利要求1所述的可快速锁定的电荷泵锁相环电路，其特征在于，所述鉴频鉴相器采用边缘检测单元取代鉴相器中的D触发器，EDC结构通过控制Mk开关的通断来防止电流的泄漏，增大锁定捕获范围，消除死区，增加其稳定性。

8.根据权利要求1所述的可快速锁定的电荷泵锁相环电路，其特征在于，所述电荷泵采用电流镜和运算放大器，减小电流失配，避免电荷共享。

9.根据权利要求8所述的可快速锁定的电荷泵锁相环电路，其特征在于，所述电荷泵将鉴频鉴相器的两个输出电压UP和DN变化成为电流输出，电流对环路滤波器进行充放电，由于环路滤波器的积分作用，把电流信号转化成一个模拟电压信号；电荷泵根据鉴频鉴相器的相位差输出的电流大小是恒定的，由于充放电时间不同，所以电流的占空比是可变的，电荷泵相当于一个带开关的电流源。

10.根据权利要求8所述的可快速锁定的电荷泵锁相环电路，其特征在于，所述电荷泵采用共源共栅结构，共源共栅结构能够提高输出电阻，电流变化对输出电压的敏感性降低，充放电的电流基本相等，充放电电流匹配。

11.根据权利要求8所述的可快速锁定的电荷泵锁相环电路，其特征在于，所述电荷泵的改进结构加入单位增益放大器，不管是MN1和MP1同时关断，还是MN2和MP2同时关断，Vtune等于Vx，因此Vtune不存在电压的变化，避免了电荷共享。

12.根据权利要求8所述的可快速锁定的电荷泵锁相环电路，其特征在于，从所述电荷泵加入一路电流，由数字辅助鉴相器控制开关，决定环路带宽的大小来确定快速锁定。

13.根据权利要求1所述的可快速锁定的电荷泵锁相环电路，其特征在于，所述环路滤波器采用三阶无源低通滤波器滤波，滤除控制信号上的纹波。